Калийные удобрения

В большинстве случаев  в качестве оптимальной выбирают комбинированную схему растворения, по которой в первом по ходу руды растворителе движение щелока и породы происходит прямотоком, а в двух последующих – противотоком. По такой схеме в первый растворитель подают исходную руду и суспензию из второго растворителя, в который поступает отвал из первого аппарата и суспензия из третьего; в последнем осуществляют окончательную обработку отвала второго растворителя нагретым маточным щелоком или его смесью с промывными водами. Количество солевого шлама, выделяющегося на 1 м³ осветленного щелока при переработке верхнекамских сильвинитов, составляет 110-200 кг и может быть снижено на 20% при подаче маточного щелока (примерно 15% от общего количества) в первый растворитель.

На большинстве современных  калийных фабрик выщелачивание сильвинитовых руд осуществляют в шнековых растворителях со спиральной мешалкой, вращающейся на горизонтальном валу; с ее помощью осуществляются перемешивание суспензии и транспорт твердой фазы. Расход теплоты, вызванный эндотермическим эффектом растворения KСl, вводом холодного сильвинита и теплоотдачей в окружающую среду, компенсируют подачей острого пара или предварительным перегревом растворяющего щелока под давлением. В последнем случае при вводе щелока в растворитель происходит выделение растворного (сокового) пара за счет самоиспарения. Острый пар вводят через дюзы; в некоторых конструкциях шнековых растворителей внутри корпуса размещены нагревательные элементы, в которые подается греющий пар.

Значительная интенсификация растворения калийных руд ожидается  при проведении процесса в условиях турбулентного потока по трубам. Этим способом осуществляют растворение отвалов галита на калийных предприятиях Германии. Время полного растворения галита составляет около 2 минут при скорости потока в трубе 1 м/с. Перспективно выщелачивание KСl из сильвинита в трубопроводе горячим щелоком при гидротранспорте его из шахты наверх. При этом дробление сильвинитаи смешивание его со щелоком должно осуществляться в шахте. 

На современных калийных предприятиях кристаллизацию KСl производят в многоступенчатых вакуумкристаллизационных установках с рекуперацией теплоты сокового пара, конденсацию которого осуществляют в поверхностных теплообменниках, охлаждаемых маточным щелоком. Благодаря этому утилизируется 40-70% теплоты, затраченной на нагревание щелоков. Частичный или полный возврат конденсата сокового пара в раствор, близкий по составу к эвтоническому, позволяет избежать загрязнения продукта хлоридом натрия в процессе упарки.

Использование многоступенчатых вакуум-кристаллизационных установок  дает возможность осуществлять постепенное  охлаждение щелока от 93-97 до 20-30 °С при небольших перепадах температур и соответственно при небольших пересыщениях в каждой ступени и получать более крупные кристаллы хлорида калия. При укрупнении кристаллов, наряду с улучшением товарных качеств продукта, повышается производительность центрифуг и сушилок вследствие снижения влажности осадка.

С увеличением числа ступеней охлаждения повышается степень использования теплоты сокового пара, возрастает общая площадь зеркала испарения и уменьшается перепад температур в каждой ступени. С другой стороны, это приводит к увеличению габаритов вакуум-кристаллизационных установок, удельного расхода металла, росту объема производственных помещений. Увеличение числа ступеней свыше 14-15 нерационально, так как почти не дает дальнейшего повышения температуры нагреваемого щелока.

Многоступенчатые вакуум-кристаллизационные установки могут включать как горизонтальные, так и вертикальные аппараты. В вертикальных вакуум-кристаллизаторах обеспечивается меньший, чем в горизонтальных, унос брызг щелока с паровоздушной смесью, однако последние более компактны, имеют большее зеркало испарения, в них меньше потери вакуума за счет гидростатического давления. Наибольшее распространение получили 14-сту-пенчатые   агрегаты,  включающие   один   вертикальный  и 6-7 горизонтальных (поделенных на секции) аппаратов. В 14-ступенчатых вакуум-кристаллизационных  установках  перепад температуры в каждой ступени составляет в среднем 4-5 K; при этом получаются кристаллы, средний размер которых не превышает 0,2 мм при значительном содержании фракции менее 0,15 мм (около 50%). Присутствие этой фракции повышает пыление продукта при складировании и внесении в почву, увеличивает его слеживаемость. (При увеличении числа ступеней до 24 средний размер кристаллов несколько возрастает,  однако содержание фракции 0,15 мм все-таки составляет 15-30%).

Укрупнение кристаллов достигается  при введении в качестве ретурной затравки кристаллов средней фракции, отделенных от основной массы на классификаторах. Наиболее благоприятные результаты получены при введении затравки в количестве 40-70% от выкристаллизовавшегося хлорида калия с дополнительной добавкой алкиламина для подавления образования новых центров кристаллизации.

Получение весьма крупных  и однородных кристаллов хлорида калия возможно в аппаратах с регулируемой кристаллизацией. Аппарат представляет собой комбинацию вакуум-испарителя и кристаллорастителя. Поступающий на кристаллизацию щелок смешивается с большим количеством циркулирующего маточного раствора; при вскипании в вакуум-испарителе смешанного раствора последний становится пересыщенным, но не кристаллизуется (состояние метастабильного равновесия). Пересыщение снимается в кристаллорастителе при контакте раствора с массой взвешенных в потоке кристаллов, при этом кристаллизуемое вещество отлагается главным образом на гранях кристаллов в слое, в результате чего размеры их увеличиваются. Укрупненные кристаллы непрерывно или периодически выводят из нижней части кристаллорастителя.

В аппаратах с регулируемой кристаллизацией можно получить кристаллы с размерами зерен  до 2-3 мм. Однако для образования  взвешенного слоя кристаллов необходимо поддерживать сравнительно небольшую (1,5-2 см/с) линейную скорость раствора, что требует установки кристаллизаторов весьма большого диаметра и приводит к значительному увеличению объема установки по сравнению с обычными вакуум-кристаллизаторами.

Растворы и суспензии, перерабатываемые в производстве хлорида  калия из калийных руд, действуют  разрушающе на аппаратуру. Значительный коррозионный и эрозионный износ наблюдается в трубопроводах, растворителях, отстойниках для горячих щелоков, насосах, ковшах элеваторов и др. Для защиты аппаратуры применяют различного рода покрытия. Растворители, покрывают диабазовой обмазкой. Вакуум-корпусы гуммируют или футеруют, например антегмитовыми плитками (спрессованными из порошка графита, пропитанного фенолоформальдегидной смолой).

Переточные желоба, лотки, кожухи для термоизоляции изготовляют из пластмасс или защищают обмазками на основе асбовинила (асбест с этинолевым лаком). Металлические трубопроводы защищают фарфоровыми вкладышами на специальных цементах или гуммируют [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Лист

1

КР  04. 00 ПЗ

 

 Разраб.

Мытник

 Пров.

Головач

 Консульт.

 

 Н. Контр.

Головач

 

 

 Утв.

Головач

 

 

Технологическая схема производства KCl галургическим способом

Лит.

Листов

12

БГТУ 42213020,12

4 Технологическая  схема производства калийных  удобрений                  галургическим способом

 

4.1 Технологическая  схема процесса

 

Технологическая схема производства KCl из сильвинита галургическим способом приведена на рисунке 4.1.

 

 

 

 

 

 

 

1 – бункер с питателем;  2 – ленточный транспортер; 3 – автоматические весы; 4, 5 – шнековые растворители; 6 – шнековая мешалка; 7 – трубчатый подогреватель; 8 – отстойник-сгуститель; 9 – мешалка для глинистого шлама; 10 – центробежные насосы; 11 – сборник солевого шлама; 12 – планфильтр; 13 – вакуум котел; 14, 16 – баки для промывной воды; 15 – барометрический бак; 17 – барометрический конденсатор смешения; 18 – брызгоуловитель; 19, 21 – вакуум-насосы; 20 – поверхностные конденсаторы; 22 – дополнительные конденсаторы; 23 – пароструйные эжекторы; 24 – конденсаторы смешения; 25, 37 – барометрические баки; 26 - горизонтальные кристаллизаторы; 27, 30 – мешалки; 28 – центрефуга; 29 – сгуститель; 31, 32, 35 – баки; 33 – барабанная сушилка; 34 – циклон; 36 – вертикальный вакуум-кристаллизатор (1 ступень).

Рисунок 4.1 – Технологическая схема производства KCl из сильвинита галургическим методом

 

Технологический процесс включает следующие основные стадии:

• дробление сырой сильвинитовой руды;
• выщелачивание KCl из сильвинита горячим оборотным маточным раствором;
• отделение горячего щелока от отвала, его осветление и отделение от солевого и глинистого шлама;
• кристаллизация KCl при охлаждении горячего осветленного щелока;
• отделение кристаллов KCl от маточного раствора и их сушка;
• нагревание маточного раствора и возвращение его на растворение сильвинита;
• удаление или утилизация отходов производства.

Перед выщелачиванием сырую  руду подвергают дроблению. В калийной промышленности в последние годы применяют дробилки, работающие по принципу ударного действия. Ударные дробилки обладают высокой производительностью; по степени измельчения они превосходят щековые, валковые и обычные молотковые.

На выщелачивание поступает  сильвинитовая руда с размерами частиц 1-4 мм. Хлорид калия извлекают из сильвинита горячим (105-115 °С) щелоком в двух шнековых растворителях 4 и 5. В первом из них руда и раствор движутся прямотоком, во втором – противотоком. Отвал, выходящий из растворителя 5, дополнительно обрабатывают в шнековой мешалке 6 щелоком при температуре 70 °С для более полного извлечения из него KCl и рекуперации тепла отвала. Маточный раствор, содержащийся в отвале после шнековой мешалки, удаляют. Для этого отвал промывают горячей водой на вакуум-план-фильтре 12. Промытый отвал с содержанием 5-6% влаги и 2,5% KCl удаляют.

Насыщенный горячий (97-107 °С) щелок, полученный в отделении растворения, содержит 245-265 г/л KCl, 270 г/л NaCl и взвешенные солевые и глинистые частицы. Осветление щелока проводят в шестиконусном отстойнике-сгустителе 8. При этом в первых двух конусах сгустителя осаждаются преимущественно солевые частицы, а в последующих – глинистые. С целью ускорения осаждения тонких илистых частиц к щелоку добавляют щелочной раствор крахмала или водный раствор полиакриламида. Солевой шлам непрерывно возвращают во второй растворитель 5, а глинистый шлам периодически спускают в мешалку 9. Здесь его обрабатывают горячей водой в соотношении ж : т = 4 : 1 и передают далее на противоточную промывку, осуществляемую в 2 – 4 сгустителях Дорра (на рисунке не показаны). Промытый глинистый шлам выбрасывают в отвал, а промывные воды возвращают на растворение в шнековую мешалку 6. Применение противоточной промывки снижает потери хлорида калия с глинистым шламом в 4-5 раз.

Кристаллы KCl выделяются при охлаждении горячего насыщенного раствора в многоступенчатой вакуум-кристаллизационной установке. Для получения крупных кристаллов KCl температуру охлаждаемого раствора снижают постепенно. На отечественных предприятиях применяют обычно 14-ступенчатые вакуум-кристаллизационные установки (ВКУ) с постепенным увеличением вакуума от ступени к ступени. Перепад температур в каждой ступени составляет 4-5 °С, скорость охлаждения около 2 °С в 1 мин. Горячий насыщенный раствор последовательно перетекает из одной ступени в другую.

В первом вакуум-кристаллизаторе 36 разрежение составляет около 64 кПа, а в последнем 26 – примерно 100 кПа. Вакуум в системе создается с помощью пароструйных эжекторов 23, отсасывающих из кристаллизаторов 26 и 36 паровоздушную смесь. Эта смесь образуется при испарении раствора. Эжекторы установлены на поверхностных конденсаторах 20. В них подают пар давлением 600-700 кПа. Пар из паровоздушной смеси конденсируется в поверхностных конденсаторах 20 в результате теплообмена с оборотным маточным раствором. Раствор при этом нагревается до 65-72 °С. Его направляют на растворение сильвинита после предварительного подогрева до 113-115 °С в трубчатом подогревателе 7, обогреваемом паром. В результате теплообмена между раствором и соковым паром рекуперируется от 40 до 70% тепла затрачиваемого на нагревание раствора.

Соковый пар из последних  пяти ступеней ВКУ не используется для нагревания маточного раствора, а конденсируется в пяти конденсаторах смешения 24, орошаемых водой. Обе линии конденсаторов объединены дополнительными конденсаторами смешения 22 с пароструйными эжекторами 23, соединенными с вакуум-насосом 21.

Конденсат, образующийся в  конденсаторах смешения и дополнительных конденсаторах, используют для промывки отвала из растворителей и глинистого шлама. Из последнего вакуум-кристаллизатора пульпу непрерывно удаляют по барометрической трубе в бак 31, а отсюда ее подают на сгущение в шестиконусный отстойник 29. Осветленный маточный раствор возвращают в цикл растворения.

Сгущенную пульпу хлорида  калия с соотношением ж : т = 1: 2 из конусов сгустителя 29 перекачивают насосом в бак с мешалкой 27, откуда она самотеком перетекает для фильтрации в центрифуги 28. В калийной промышленности работают автоматические центрифуги полунепрерывного действия. Для фильтрования пульпы хлорида калия испытывают пульсирующие центрифуги непрерывного действия, по сравнению с центрифугами полунепрерывного действия они отличаются большей эффективностью. С целью снижения слеживаемости KCl перед фильтрованием в пульпу вводят 1%-ный водный раствор гидрохлоридов первичных жирных аминов C₁₆ – С₂₀.